JPH0748459A - Ionic conductive thin film and production thereof - Google Patents

Ionic conductive thin film and production thereof

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JPH0748459A
JPH0748459A JP19442093A JP19442093A JPH0748459A JP H0748459 A JPH0748459 A JP H0748459A JP 19442093 A JP19442093 A JP 19442093A JP 19442093 A JP19442093 A JP 19442093A JP H0748459 A JPH0748459 A JP H0748459A
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忠 大竹
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規央 美濃
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Abstract

PURPOSE:To obtain the pinhole-free thin film, capable of forming a film having a thickness in the order of Angstrom and controlling the film thickness and high in transparency by bringing a substrate surface into contact with a specific chemical adsorbent molecule, carrying out the condensing reaction and introducing the specified molecule and ions thereinto. CONSTITUTION:This conductive thin film is obtained by bringing a substrate surface having active H or an alkali metal on the surface or applying the active H or alkali metal to the surface thereof into contact with a chemical adsorbent molecule containing any one of functional groups expressed by the formula AX (A is Si, Ge, etc.; X is a halogen, cyano, etc.), etc., formula I (A' is N or O), formula II or III, carrying out the condensing reaction, covalently bonding the adsorbent molecule onto the substrate, forming a chemical adsorbent film, then introducing a molecule containing ether bond, sulfide bond, etc., into the resultant adsorbent film, fixing the molecule thereto and subsequently introducing at least one ion expressed by the formula M<n+> [M is an alkaline (earth) metal, Cu, etc.; (n) is 1 or 2] and X<-> (X is a halogen, CF3SO3, ClO4, etc.) into the adsorbent film.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、イオン伝導性薄膜及び
その製造方法に関するものである。さらに詳しくは、基
体上に設けた化学吸着膜が、特定の結合若しくは官能基
とイオンを含み、かつイオン伝導性を有するイオン伝導
性薄膜及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion conductive thin film and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an ion conductive thin film in which a chemical adsorption film provided on a substrate contains a specific bond or a functional group and ions and has ion conductivity, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオン伝導性とは、イオンが電荷担体と
なって大きな電気伝導度をもつことをいう。特に一般的
には、食塩水や希硫酸と同程度以上の導電率を有する場
合を指す。
2. Description of the Related Art Ionic conductivity means that ions serve as charge carriers and have high electrical conductivity. Particularly generally, it refers to a case where the conductivity is equal to or higher than that of saline or dilute sulfuric acid.

【0003】イオン伝導性を示す典型的な物質は、電解
質を液体に溶かした溶液であり、電気化学反応を利用し
た素子、例えば電池、電解コンデンサ等に広く利用され
ている。電荷担体の種類により、陽イオン伝導体と陰イ
オン伝導体とに分けられ、前者は、アルカリ、銀、銅の
各イオンおよびプロトン伝導体が、また後者はフッ化物
および酸化物イオン伝導体が主である。
A typical substance having ionic conductivity is a solution in which an electrolyte is dissolved in a liquid, and is widely used in devices utilizing an electrochemical reaction, such as batteries and electrolytic capacitors. Depending on the type of charge carrier, it is divided into cation conductors and anion conductors. The former is mainly alkali, silver, and copper ions and proton conductors, and the latter is mainly fluoride and oxide ion conductors. Is.

【0004】一方、固体で高いイオン伝導性を有する物
質は、大きく分けて二つに分類できる。一つは、無機の
固体電解質と呼ばれる一群で、例えばNa−β−Al2
3やNa1+n Zr2 3-n SinO12(0≦n≦3)
等が良好なイオン伝導性を有することをジャーナル オ
ブ ケミカル フィジックス第54巻414ページ(M.
S. Whttingham et. al., J. Chem. Phys., 54, 414 (1
971))に報告されている。また、上記の伝導体が特開平
3−297068号公報にある全固体二次電池や特開昭
55−123920号公報にある燃焼表示装置等に既に
応用されている。
On the other hand, solid substances having high ionic conductivity can be roughly classified into two types. One is a group called an inorganic solid electrolyte, for example, Na-β-Al 2
O 3 and Na 1 + n Zr 2 P 3-n SinO 12 (0 ≦ n ≦ 3)
Have good ionic conductivity. Journal of Chemical Physics Vol. 54, p. 414 (M.
S. Whttingham et. Al., J. Chem. Phys., 54, 414 (1
971)). The above conductor has already been applied to the all-solid-state secondary battery disclosed in JP-A-3-297068 and the combustion display device disclosed in JP-A-55-123920.

【0005】もう一つは有機高分子にイオン性添加物を
分散させたもので、例えばポリエチレンオキサイド(以
下PEOと略記)やポリプロピレンオキサイド(以下P
POと略記)のようなポリエーテルと種種のアルカリ金
属塩とからなる錯体がファスト イオン トランスポー
ト イン ソリッドの131ページ(P. Vashista eta
l., Fast Ion Transport in Solids, 131, North-Holla
nd, New York (1979))に、またポリアクリロニトリル
とLiClO4 およびエチレンカルボネートとの複合膜
がジャーナル オブ ポリマー サイエンス(J. Poly
m. Sci., A2, 21, 939 (1983))等に報告されている。
これらの系では、有機高分子特有の粘弾性、柔軟性を有
しており、そのため電極とのイオン電子交換過程で生じ
る体積変化に適応できることが確認されている。また、
加工性も良好であり、さらに保存安定性も良好であるの
で、現在既に様々に応用されている。しかし例えば、特
開平3−231229号公報にある電気化学発色素子等
に応用されているが、実用素子に至るにはイオン伝導度
が小さく、特開平3−129603号公報にある固体電
解質のように、無機の固体電解質と複合させたり、特開
昭63−164176号公報にある有機二次電池のよう
に、電解質溶液を架橋高分子フィルムに含浸させてイオ
ン伝導度を向上させている。
The other is a dispersion of an ionic additive in an organic polymer, such as polyethylene oxide (hereinafter abbreviated as PEO) or polypropylene oxide (hereinafter P.
A complex of a polyether such as PO (abbreviated as PO) and various kinds of alkali metal salts is described in Fast Ion Transport in Solid, page 131 (P. Vashista eta).
l., Fast Ion Transport in Solids, 131, North-Holla
nd, New York (1979)), and a composite membrane of polyacrylonitrile with LiClO 4 and ethylene carbonate was reported by Journal of Polymer Science (J. Poly).
m. Sci., A2, 21, 939 (1983)).
It has been confirmed that these systems have viscoelasticity and flexibility peculiar to organic polymers, and therefore can adapt to the volume change that occurs during the ion-electron exchange process with the electrode. Also,
Since it has good processability and storage stability, it has already been used in various applications. However, for example, although it is applied to an electrochemical color-developing element or the like disclosed in JP-A-3-231229, it has low ionic conductivity to reach a practical element, and thus, like the solid electrolyte disclosed in JP-A-3-129603. In order to improve the ionic conductivity, it is combined with an inorganic solid electrolyte or a crosslinked polymer film is impregnated with an electrolyte solution as in the organic secondary battery disclosed in JP-A-63-164176.

【0006】上記のようなイオン伝導度が小さな物質で
も、薄膜化できれば抵抗値を下げることは容易に判断で
きる。従来、キャスティング法により薄膜化を行なって
いたのが一般的であったが、最近特開平2−26226
7号公報にある薄膜イオン伝導性被膜のようにRFスパ
ッタリング法によって薄膜を形成するものや、プラズマ
重合により薄膜を形成する方法(Z. Ogumi et al., Che
m. Lett., 1988, 1811(1988))が試みられている。しか
し、これらの方法によって形成された薄膜の厚さは、μ
mオーダーが限界であり、それ以上薄くするとピンホー
ルが発生する。なおこの点は、無機の固体電解質では合
成温度が高く、薄膜形成中にアルカリ金属酸化物が蒸発
し組成制御が困難であること等から、やはり薄膜化は困
難であった。
It is easy to determine that the resistance value of a substance having a small ionic conductivity as described above can be lowered if it can be made into a thin film. In the past, it was general that the film was thinned by the casting method, but recently, JP-A-2-26226.
A method for forming a thin film by an RF sputtering method such as the thin film ion-conductive coating described in Japanese Patent No. 7 or a method for forming a thin film by plasma polymerization (Z. Ogumi et al., Che.
m. Lett., 1988, 1811 (1988)) has been tried. However, the thickness of the thin film formed by these methods is μ
The limit is the m-order, and if it is thinner than that, pinholes will occur. This point was also difficult to form into a thin film because the synthesis temperature of the inorganic solid electrolyte was high and the alkali metal oxide was evaporated during the formation of the thin film to make it difficult to control the composition.

【0007】以上の通り、現在のところイオン伝導性を
有するオングストロームオーダーの厚さの薄膜は報告例
がない。
As described above, at present, there is no report of a thin film having an ionic conductivity and having an angstrom order thickness.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の電解質溶液は、
水若しくは有機溶媒に電解質を溶解させた溶液であり、
そのため液体状であるがための問題が多かった。
The conventional electrolyte solution is
A solution in which an electrolyte is dissolved in water or an organic solvent,
Therefore, there were many problems due to the liquid state.

【0009】例えば、収容する容器が不可欠であるた
め、小型化、簡素化が困難であった。また、その容器に
収容しても漏液防止の対策が必要であった。さらに、腐
食性が高く、耐久性にも問題があった。
For example, it is difficult to reduce the size and simplification because a container to be stored is indispensable. Moreover, even if it was stored in the container, it was necessary to take measures to prevent liquid leakage. Further, it is highly corrosive and has a problem in durability.

【0010】また、前記欠点が多少なりとも改善されて
いる従来の固体電解質においては、特殊な結晶構造が必
要であり、加工が困難であるという点と、機械的強度が
著しく弱いという点が致命的問題であった。
Further, in the conventional solid electrolyte in which the above-mentioned drawbacks have been improved to some extent, it is fatal that a special crystal structure is required, processing is difficult, and mechanical strength is extremely weak. It was a physical problem.

【0011】そして、有機高分子にイオン性添加物を分
散させたものでは、前記欠点は全てと言ってよい位解消
されたが、イオン伝導度が現在のレベルでは小さいとい
う最大の欠点があった。特に、この系のイオン伝導度
は、温度依存性が高く、例えばPEOに金属イオンを分
散させた系では、80℃において約10-3S/mという
良好なイオン伝導性を示すものの、室温付近では著しく
低下してしまっていた。そのため広い温度範囲でも使用
可能な汎用性のある機器に組み込むことは困難であっ
た。
In the case where the ionic additive is dispersed in the organic polymer, all of the above-mentioned drawbacks have been eliminated, but the greatest drawback is that the ionic conductivity is small at the present level. . In particular, the ionic conductivity of this system is highly temperature-dependent. For example, in a system in which metal ions are dispersed in PEO, good ionic conductivity of about 10 -3 S / m at 80 ° C is shown, but near room temperature. It was markedly low. Therefore, it was difficult to incorporate it into a versatile device that can be used in a wide temperature range.

【0012】しかし、前記した通り、イオン伝導度が小
さな物質でも薄膜化できれば抵抗値を下げることができ
るので、薄膜化が盛んに検討されている。現在の手法に
よればμmオーダーが限界であり、それ以上薄くすると
ピンホールが発生してしまいイオン伝導が得られなくな
る。
However, as described above, even if a substance having a small ionic conductivity can be made thin, the resistance value can be lowered, and therefore thinning is being actively studied. According to the current method, the limit is on the order of μm, and if it is made thinner than that, pinholes are generated and ionic conduction cannot be obtained.

【0013】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、オングストロームオーダーの厚さの成膜および膜厚
制御が可能で、そのため透明性が良好でかつピンホール
フリー、しかも強固に基体と結合しているイオン伝導性
薄膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the present invention is capable of forming a film having a thickness on the order of angstroms and controlling the film thickness. Therefore, it has good transparency, is pinhole-free, and is firmly bonded to a substrate. It is an object of the present invention to provide an ion conductive thin film and a manufacturing method thereof.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のイオン伝導性薄膜は、基体表面と共有結合
によって形成されている化学吸着膜であって、エーテル
結合、スルフィド結合、エステル結合、アミノ基、リン
酸基、水酸基、メルカプト基、カルボキシル基、スルホ
ン酸基、第4級アンモニウム基、ホスフォニル基(−P
2 −)、ホスフィニル基(−PO−)、スルフォニル
基(−SO2 −)、及びスルフィニル基(−SO−)か
ら選ばれる少なくとも1つの結合若しくは官能基を含
み、かつ前記式(化1)及び前記式(化2)から選ばれ
る少なくとも一つのイオンを含み、かつイオン伝導性を
有することを特徴とする。前記構成においては、化学吸
着膜が、単分子膜であることが好ましい。また前記構成
においては、化学吸着膜が単分子累積膜であることが好
ましい。
To achieve the above object, the ion conductive thin film of the present invention is a chemisorption film formed by covalent bonds with the surface of a substrate, which is an ether bond, a sulfide bond or an ester bond. , Amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group, phosphonyl group (-P
O 2 −), a phosphinyl group (—PO—), a sulfonyl group (—SO 2 —), and a sulfinyl group (—SO—), and at least one bond or a functional group, and the above formula (Formula 1) And at least one ion selected from the above formula (Formula 2) and having ion conductivity. In the above structure, the chemisorption film is preferably a monomolecular film. Further, in the above structure, the chemisorption film is preferably a monomolecular cumulative film.

【0015】次に本発明のイオン伝導性薄膜の第1番目
の製造方法は、表面に活性な水素若しくはアルカリ金属
を有するかまたは付与した基体表面に、前記式(化3)
で示される官能基、前記式(化4)で示される官能基、
前記式(化5)で示されるハロゲン化スルフォニル基、
及び前記式(化6)で示されるハロゲン化スルフィニル
基から選ばれる少なくとも1つの官能基を含む化学吸着
分子を接触させ、縮合反応させることにより、前記化学
吸着分子を前記基体上に共有結合させて化学吸着膜を形
成し、次いでエーテル結合、スルフィド結合、エステル
結合、アミノ基、リン酸基、水酸基、メルカプト基、カ
ルボキシル基、スルホン酸基、第4級アンモニウム基、
ホスフォニル基(−PO2 −)、ホスフィニル基(−P
O−)、スルフォニル基(−SO2 −)、及びスルフィ
ニル基(−SO−)から選ばれる少なくとも1つの結合
若しくは官能基を含む分子を前記化学吸着膜に導入し固
定させ、次いで前記式(化7)及び前記式(化8)から
選ばれる少なくとも一つのイオンを前記化学吸着膜中に
導入することを特徴とする。
Next, the first method for producing the ion-conductive thin film of the present invention comprises the step of adding the above formula (Chemical Formula 3) to the surface of a substrate having or imparting active hydrogen or alkali metal to the surface.
And a functional group represented by the formula (Formula 4),
A halogenated sulfonyl group represented by the above formula (Formula 5),
And a chemisorptive molecule containing at least one functional group selected from the halogenated sulfinyl groups represented by the formula (Formula 6) is brought into contact with each other to cause a condensation reaction to covalently bond the chemisorptive molecule onto the substrate. After forming a chemisorption film, then ether bond, sulfide bond, ester bond, amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group,
Phosphonyl group (-PO 2 -), a phosphinyl group (-P
O-), sulfonyl groups (-SO 2 -), and a molecule containing at least one bond or functional group selected from sulfinyl group (-SO-) is introduced and fixed in the chemically adsorbed film, then the formula (Formula 7) and at least one ion selected from the formula (Formula 8) is introduced into the chemisorption film.

【0016】次に本発明のイオン伝導性薄膜の第2番目
の製造方法は、表面に活性な水素若しくはアルカリ金属
を有するかまたは付与した基体表面に、前記式(化9)
で示される官能基、前記式(化10)で示される官能
基、前記式(化11)で示されるハロゲン化スルフォニ
ル基、前記式(化12)で示されるハロゲン化スルフィ
ニル基、水酸基から選ばれる少なくとも1つの官能基、
及びエーテル結合、スルフィド結合、エステル結合、ア
ミノ基、リン酸基、水酸基、メルカプト基、カルボキシ
ル基、スルホン酸基、第4級アンモニウム基、ホスフォ
ニル基(−PO2−)、ホスフィニル基(−PO−)、
スルフォニル基(−SO2 −)、スルフィニル基(−S
O−)から選ばれる少なくとも1つの結合若しくは官能
基を含む化学吸着分子を、前記基体に接触させ、縮合反
応させることにより、前記化学吸着分子を前記基体上に
共有結合し固定させ、次いで前記式(化13)若しくは
前記式(化14)で示されるイオンを前記化学吸着膜中
に導入することを特徴とする。
Next, the second method for producing the ion conductive thin film of the present invention is the same as the above formula (Formula 9) on the surface of a substrate having or imparting active hydrogen or alkali metal to the surface.
Selected from a functional group represented by the formula, a functional group represented by the formula (Formula 10), a halogenated sulfonyl group represented by the formula (Formula 11), a halogenated sulfinyl group represented by the formula (Formula 12), and a hydroxyl group. At least one functional group,
And ether bond, sulfide bond, ester bond, amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group, phosphonyl group (—PO 2 —), phosphinyl group (—PO— ),
Sulfonyl group (-SO 2 -), a sulfinyl group (-S
A chemisorption molecule containing at least one bond or a functional group selected from O-) is brought into contact with the substrate to cause a condensation reaction to covalently bond and immobilize the chemisorption molecule on the substrate, and then the above formula It is characterized in that the ions represented by the chemical formula 13 or the chemical formula 14 are introduced into the chemical adsorption film.

【0017】次に本発明のイオン伝導性薄膜の第3番目
の製造方法は、表面に活性な水素若しくはアルカリ金属
を有するかまたは付与した基体表面に、前記式(化1
5)で示される官能基、前記式(化16)で示される官
能基、前記式(化17)で示されるハロゲン化スルフォ
ニル基、前記式(化18)で示されるハロゲン化スルフ
ィニル基及び水酸基から選ばれる少なくとも1つの官能
基を含む化学吸着分子を接触させ、縮合反応させること
により、前記分子を前記基体上に固定させ化学吸着膜を
形成し、次いで前記化学吸着膜に、エーテル結合、スル
フィド結合、エステル結合、アミノ基、リン酸基、水酸
基、メルカプト基、カルボキシル基、スルホン酸基、第
4級アンモニウム基、ホスフォニル基(−PO2 −)、
ホスフィニル基(−PO−)、スルフォニル基(−SO
2 −)、及びスルフィニル基(−SO−)から選ばれる
少なくとも1つの結合若しくは官能基を導入するか生成
させ、次いで前記式(化19)及び前記式(化20)か
ら選ばれるイオンを前記化学吸着膜中に導入することを
特徴とする。
Next, the third method for producing the ion conductive thin film of the present invention is the same as the above formula (Chemical Formula 1) on the surface of a substrate having or imparting active hydrogen or alkali metal on the surface.
5), a functional group represented by the formula (Formula 16), a halogenated sulfonyl group represented by the formula (Formula 17), a halogenated sulfinyl group represented by the formula (Formula 18) and a hydroxyl group. A chemisorption molecule containing at least one selected functional group is brought into contact with each other to cause a condensation reaction to immobilize the molecule on the substrate to form a chemisorption film, and then to the chemisorption film with an ether bond or a sulfide bond. , Ester bond, amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group, phosphonyl group (-PO 2- ),
Phosphinyl group (-PO-), sulfonyl group (-SO
2- ) and at least one bond or functional group selected from a sulfinyl group (-SO-) is introduced or generated, and then an ion selected from the above formula (Formula 19) and the above formula (Formula 20) is added to the above chemical formula. It is characterized in that it is introduced into the adsorption film.

【0018】前記本発明の第1〜3番目の製造方法の構
成によれば、化学吸着膜中にイオンを導入する方法が、
前記式(化21)または前記式(化22)で示されるイ
オンを含む溶液に浸漬することにより行なうことが好ま
しい。
According to the structure of the first to third manufacturing methods of the present invention, the method of introducing ions into the chemisorption film is as follows:
It is preferably carried out by immersing in a solution containing the ions represented by the formula (Formula 21) or the formula (Formula 22).

【0019】[0019]

【作用】前記した本発明の構成によれば、オングストロ
ームオーダーの厚さの成膜および膜厚制御が可能で、そ
のため透明性が良好でかつピンホールフリー、しかも強
固に基体と結合しているイオン伝導性薄膜とすることが
できる。すなわち、本発明によれば、イオン伝導性を有
するエーテル結合、スルフィド結合、エステル結合、ア
ミノ基、リン酸基、水酸基、メルカプト基、カルボキシ
ル基、スルホン酸基、第4級アンモニウム基、ホスフォ
ニル基(−PO2 −)、ホスフィニル基(−PO−)、
スルフォニル基(−SO2 −)、スルフィニル基(−S
O−)から選ばれる少なくとも1つの結合若しくは官能
基を有する分子が、基体と直接若しくは、内層膜を介し
て間接的にSi、Ge、Sn、Ti、Zr、S、Cから
選ばれる少なくとも1つの原子を介して共有結合してい
るために、極薄でかつイオン伝導性に優れたものとな
る。さらに、透明性、耐久性の保持は勿論、基体に損傷
を与えることなく優れたイオン伝導性を付与できる。
According to the above-described structure of the present invention, it is possible to form a film having a thickness on the order of angstroms and to control the film thickness. Therefore, the transparency is good, the pinhole is free, and the ions are firmly bonded to the substrate. It can be a conductive thin film. That is, according to the present invention, an ionic conductive ether bond, sulfide bond, ester bond, amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group, phosphonyl group ( -PO 2 -), a phosphinyl group (-PO-),
Sulfonyl group (-SO 2 -), a sulfinyl group (-S
The molecule having at least one bond or functional group selected from O-) is at least one selected from Si, Ge, Sn, Ti, Zr, S and C directly with the substrate or indirectly through the inner layer film. Since it is covalently bonded via an atom, it is extremely thin and has excellent ionic conductivity. Furthermore, not only the transparency and durability are maintained, but also excellent ionic conductivity can be imparted without damaging the substrate.

【0020】また、イオン伝導性薄膜が単分子膜または
単分子累積膜であると、膜厚が均一なものとすることが
できる。次に本発明の第1〜3番目の製造方法の発明に
よれば、イオン伝導性を有する薄膜を効率良く合理的に
製造することが可能となる。
When the ion conductive thin film is a monomolecular film or a monomolecular cumulative film, the film thickness can be uniform. Next, according to the inventions of the first to third production methods of the present invention, it becomes possible to efficiently and rationally produce a thin film having ion conductivity.

【0021】[0021]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。本発明のイオン伝導性薄膜は、基体に直接
若しくは内層膜を介して間接的に共有結合により強固に
固定されており、また原理的にオングストロームオーダ
ーの成膜および膜厚制御が可能で、そのため透明性が良
好でかつピンホールフリーなイオン伝導性薄膜になる。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The ion conductive thin film of the present invention is firmly fixed to a substrate directly or indirectly through an inner layer by a covalent bond, and in principle, film formation and film thickness control in the angstrom order are possible, and therefore it is transparent. An ion conductive thin film having good properties and free of pinholes.

【0022】ところで、オングストロームオーダーの成
膜および膜厚制御が可能である薄膜としては、現在ラン
グミュア・ブロジェット(LB)法および化学吸着法の
2方法から作成される膜が有力である。但し、イオン伝
導に関する本発明の基本的考えは、膜構成分子自身は動
かずに膜構成分子のセグメント運動によりイオンが動
き、電荷が運ばれるというものであるため、膜が強固に
基体に固定されていることが必要になってくる。そのた
めには、基体と共有結合により固定されているという化
学吸着法によって作成された膜の方が適当であると言え
る。
By the way, as a thin film capable of forming a film on the order of angstrom and controlling the film thickness, a film formed by the Langmuir-Blodgett (LB) method and the chemical adsorption method is currently effective. However, the basic idea of the present invention relating to ionic conduction is that the ions move due to the segmental motion of the membrane constituent molecules and the electric charge is carried without the membrane constituent molecules themselves moving, so that the membrane is firmly fixed to the substrate. Need to be. For that purpose, it can be said that the film formed by the chemical adsorption method in which it is fixed to the substrate by covalent bond is more suitable.

【0023】なお、化学吸着法の基本的技術は、ジャー
ナル オブ アメリカン ケミカルソサイアティー第1
02巻92ページ(J. Sagiv, J. Am. Chm. Soc., 102,
92 (1980))およびラングミュアー第6巻851ページ
(K. Ogawa et al., Langmuir, 6, 851 (1990))等に掲
載されている。この化学吸着法は、クロロシリル基を有
する化学吸着剤と呼ばれる分子を、その表面に水酸基を
有する基体上に脱塩化水素反応を経て固定させる方法で
ある。
The basic technique of the chemisorption method is described in Journal of American Chemical Society No. 1
Volume 02, page 92 (J. Sagiv, J. Am. Chm. Soc., 102,
92 (1980)) and Langmuir Vol. 6, page 851 (K. Ogawa et al., Langmuir, 6, 851 (1990)). This chemical adsorption method is a method of immobilizing a molecule called a chemical adsorbent having a chlorosilyl group on a substrate having a hydroxyl group on its surface through a dehydrochlorination reaction.

【0024】化学吸着剤としては、前記式(化3)で示
される官能基、前記式(化4)で示される官能基、前記
式(化5)で示されるハロゲン化スルフォニル基、前記
式(化6)で示されるハロゲン化スルフィニル基、シア
ノ基(−CN)から選ばれる少なくとも1つの官能基を
有する分子がなり得るが、これらに限定されないこと勿
論である。但し、ここで言うハロゲンはCl、Br若し
くはIが挙げられるが、反応性の点ではClが好ましい
が、BrやIであっても同様の化学吸着膜を得られる。
As the chemical adsorbent, the functional group represented by the formula (Formula 3), the functional group represented by the formula (Formula 4), the halogenated sulfonyl group represented by the formula (Formula 5), the formula (Formula 5) A molecule having at least one functional group selected from the halogenated sulfinyl group and the cyano group (—CN) represented by Chemical formula 6) can be formed, but is not limited thereto. However, the halogen referred to here includes Cl, Br or I, but Cl is preferable from the viewpoint of reactivity, but the same chemisorption film can be obtained even with Br or I.

【0025】前記の化学吸着膜を固定する先の基体とし
ては、その表面に、水酸基、カルボキシル基、スルフィ
ン酸基、スルフォン酸基、リン酸基、亜リン酸基、第四
級アンモニウム基、第四級ホスフォニウム基、チオール
基、アミノ基から選ばれる少なくとも1つの官能基およ
び/若しくは水酸基、カルボキシル基、スルフィン酸
基、スルフォン酸基、リン酸基、亜リン酸基、第四級ア
ンモニウム基、第四級ホスフォニウム基、チオール基、
アミノ基から選ばれる少なくとも1つの官能基のHがア
ルカリ金属若しくはアルカリ土類金属で置換された官能
基から選ばれる少なくとも1つの官能基を有するもの、
および前記した官能基を有する基体上に既に固定され、
かつ前記した官能基を膜上に有している化学吸着膜が挙
げられるが、これらに限定されないことは勿論である。
As the substrate on which the chemisorption film is fixed, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfinic acid group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphorous acid group, a quaternary ammonium group, a quaternary ammonium group, a At least one functional group and / or hydroxyl group selected from quaternary phosphonium group, thiol group and amino group, carboxyl group, sulfinic acid group, sulfonic acid group, phosphoric acid group, phosphorous acid group, quaternary ammonium group, Quaternary phosphonium group, thiol group,
H having at least one functional group selected from the functional groups in which H of at least one functional group selected from an amino group is substituted with an alkali metal or an alkaline earth metal,
And already immobilized on a substrate having the functional groups described above,
In addition, examples thereof include a chemisorption film having the above-mentioned functional group on the film, but it is not limited to these.

【0026】基体表面に前記した官能基がないか、若し
くは少ない場合にはUV/オゾン処理、酸素プラズマ処
理、過マンガン酸カリウム液等の化合物酸化剤処理等を
行って表面改質を施し、前記官能基を作り出すか若しく
は増加させると効果的である。また、前記化学吸着膜を
前記基体に固定させる方法として、液体状および/若し
くは気体状の前記化学吸着剤若しくは前記化学吸着剤を
溶解させた溶液に基体を接触させる方法が挙げられる
が、これらに限定されないことは勿論である。
When the surface of the substrate has no or a small amount of the above-mentioned functional groups, UV / ozone treatment, oxygen plasma treatment, treatment with a compound oxidant such as potassium permanganate solution is carried out to modify the surface, It is effective to create or increase functional groups. As a method for fixing the chemical adsorption film to the substrate, there is a method of bringing the substrate into contact with the liquid and / or gaseous chemical adsorbent or a solution in which the chemical adsorbent is dissolved. Of course, it is not limited.

【0027】ここで溶液として供する場合、用いる溶媒
としては、活性な水素が含まれていない分子から成るの
が適当である。例えば、化学吸着剤が長鎖のアルキル基
を有する場合には、炭化水素類とハロゲン化炭素類等の
混合溶媒を、カルボニル基を有する場合には、ハロゲン
化炭化水素類や芳香族類等を用いるのが適当であるが、
これらに限定されないことは勿論である。
When provided as a solution, the solvent used is preferably composed of molecules containing no active hydrogen. For example, when the chemical adsorbent has a long-chain alkyl group, a mixed solvent of hydrocarbons and halogenated carbons is used. When the chemical adsorbent has a carbonyl group, halogenated hydrocarbons and aromatics are used. It is suitable to use,
Of course, it is not limited to these.

【0028】化学吸着膜を基体上に固定させた後には、
未反応の分子を除去するという工程を加える方が単分子
膜および単分子累積膜を作成し易いので好ましい。その
洗浄除去の際用いる溶媒としては、非プロトン系溶媒が
好ましい。例えば、ハロゲン化炭素類、エーテル類、ラ
クトン類、エステル類、ニトリル類、アミド類等が挙げ
られるが、これらに限定されないことは勿論である。
After fixing the chemisorption film on the substrate,
It is preferable to add a step of removing unreacted molecules because it is easy to form a monomolecular film and a monomolecular cumulative film. An aprotic solvent is preferable as the solvent used for the washing and removal. For example, halogenated carbons, ethers, lactones, esters, nitriles, amides and the like can be mentioned, but it goes without saying that they are not limited to these.

【0029】イオン伝導性化学吸着膜のイオンを導入す
る前までの製造工程の種類としては、基本的に3つの方
法がある。その1つは、イオン伝導性を有する結合若し
くは官能基、つまりエーテル結合、スルフィド結合、エ
ステル結合、アミノ基、リン酸基、水酸基、メルカプト
基、カルボキシル基、スルホン酸基、第4級アンモニウ
ム基、ホスフォニル基(−PO2 −)、ホスフィニル基
(−PO−)、スルフォニル基(−SO2 −)、スルフ
ィニル基(−SO−)から選ばれる少なくとも1つの結
合若しくは官能基を有する化学吸着剤をはじめから用い
て化学吸着膜を形成する方法で、次の1つの方法は、ま
ず化学吸着膜を形成し、その化学吸着膜表面上に化学反
応によりイオン伝導性を有する結合若しくは官能基を有
する分子を固定するという方法で、もう1つの方法は、
まず化学吸着膜を形成し、その化学吸着膜上で化学反応
を起こし、イオン伝導性を有する結合若しくは官能基を
作り出すという方法である。
There are basically three methods as the types of manufacturing steps before the introduction of ions in the ion conductive chemisorption film. One of them is a bond or a functional group having ion conductivity, that is, an ether bond, a sulfide bond, an ester bond, an amino group, a phosphoric acid group, a hydroxyl group, a mercapto group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a quaternary ammonium group, phosphonyl group (-PO 2 -), a phosphinyl group (-PO-), a sulfonyl group (-SO 2 -), including chemical adsorbent having at least one bond or functional group selected from the sulfinyl group (-SO-) A method of forming a chemisorption film by using the following method is as follows. First, a chemisorption film is formed, and a molecule having a bond or a functional group having ion conductivity by a chemical reaction is formed on the surface of the chemisorption film. Another way is to fix it
First, a chemical adsorption film is formed, and a chemical reaction is caused on the chemical adsorption film to create a bond or a functional group having ion conductivity.

【0030】前記の方法により形成された化学吸着膜内
に導入するイオンとしては、前記式(化1)若しくは前
記式(化2)で示されるイオンが挙げられるが、これら
に限られないことは勿論である。
Examples of the ions introduced into the chemisorption film formed by the above method include the ions represented by the above formula (Formula 1) or the above formula (Formula 2), but not limited to these. Of course.

【0031】また、前記イオンの導入方法については、
化学吸着膜を有する基体を前記イオンを含む溶液に浸漬
させる方法、若しくはイオン注入法が適当であるが、こ
れらに限られないことは勿論である。
Regarding the method of introducing the ions,
The method of immersing the substrate having the chemisorption film in the solution containing the ions or the ion implantation method is suitable, but the method is not limited to these.

【0032】前記イオンの導入方法について、化学吸着
膜を有する基体を前記イオンを含む溶液に浸漬させる方
法を用いた場合には、前記イオンはLiI、CF3 SO
3 Li、LiClO4 、LiBF4 、LiPF6 、Li
SCN、LiAsF6 、AgI、CF3 SO3 Ag、A
gClO4 、AgBF4 、AgPF6 、AgSCN、A
gAsF6 等の塩を水等に溶解させることにより導入す
るのが適当であるが、利用できる塩はこれらに限られな
いことは勿論である。
When a method of immersing a substrate having a chemisorption film in a solution containing the ions is used as the method of introducing the ions, the ions are LiI and CF 3 SO 4.
3 Li, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , Li
SCN, LiAsF 6 , AgI, CF 3 SO 3 Ag, A
gClO 4, AgBF 4, AgPF 6 , AgSCN, A
It is suitable to introduce by dissolving a salt such as gAsF 6 in water or the like, but it goes without saying that usable salts are not limited to these.

【0033】また、本発明のイオン伝導性薄膜に水等の
極性溶媒を含有させることにより、伝導率を向上させる
ことも可能である。以下に、本発明のイオン伝導性薄膜
およびその製造方法について、より詳細に説明する。但
し、本発明は以下の具体的実施例に限定されない。
Further, the conductivity can be improved by incorporating a polar solvent such as water into the ion conductive thin film of the present invention. Hereinafter, the ion conductive thin film of the present invention and the method for producing the same will be described in more detail. However, the present invention is not limited to the following specific examples.

【0034】(実施例1)はじめに、吸着溶液Aを調製
した。金属ナトリウムの存在化で数回蒸留を繰り返し、
極力水分を除いたトルエンに、化学吸着剤であるカルボ
メトキシエチルトリクロロシランを約1vol.%の濃
度で溶解し、これを吸着溶液Aとした。
Example 1 First, an adsorption solution A was prepared. Repeated distillation several times in the presence of metallic sodium,
About 1 vol. Of carbomethoxyethyltrichlorosilane, which is a chemical adsorbent, was added to toluene with water removed as much as possible. It was dissolved at a concentration of%, and this was designated as adsorption solution A.

【0035】ガラス上にアルミニウムを蒸着した基板を
有機溶媒で洗浄した後、10分間UV/オゾン処理を
し、表面にごく薄い酸化層を形成したものを基板とし
た。基板を吸着溶液Aに1時間浸漬させた。この処理に
より、アルミニウム表面の酸化層の−OH基と、カルボ
メトキシエチルトリクロロシランのシリル基とが脱塩化
水素反応し、共有結合が形成される。続いて、10分間
のトルエン洗浄を行ない、未反応の化学吸着剤を除去し
た。次いで水分と反応させた。この処理により、図1に
示すような化学吸着単分子膜1が形成できた。
A substrate having aluminum vapor-deposited on glass was washed with an organic solvent and then subjected to UV / ozone treatment for 10 minutes to form a substrate on which a very thin oxide layer was formed. The substrate was immersed in the adsorption solution A for 1 hour. By this treatment, the -OH group of the oxide layer on the aluminum surface and the silyl group of carbomethoxyethyltrichlorosilane undergo a dehydrochlorination reaction to form a covalent bond. Subsequently, the unreacted chemical adsorbent was removed by washing with toluene for 10 minutes. It was then reacted with water. By this treatment, the chemisorption monomolecular film 1 as shown in FIG. 1 could be formed.

【0036】なお、この化学吸着単分子膜1の形成は、
フーリエ変換赤外吸収(FTIR)スペクトル測定によ
り、2920、2860(帰属:−CH2 −)、174
0(帰属:C=O)、1080(帰属:Si−O)cm
-1にこの構造に特徴的なシグナルを得たことで確認でき
た。
The formation of the chemisorption monolayer 1 is as follows.
By the Fourier transform infrared absorption (FTIR) spectroscopy, 2920,2860 (attributable: -CH 2 -), 174
0 (attribute: C = O), 1080 (attribute: Si-O) cm
This was confirmed by the fact that a signal characteristic of this structure was obtained at -1 .

【0037】次に、この化学吸着単分子膜1を有する基
板を平均分子量350のポリエチレングリコールモノメ
チルエーテル(略:PEO350)にごく少量の硫酸を
加えたものに、100℃で5時間浸漬させた。続いて1
0分間の水洗を行ない、未反応のPEO350を除去し
た。この処理により、図2に示すようなポリ(アルキレ
ンエーテル)基を有する化学吸着単分子累積膜2が形成
された。図2においてnは重合度を示す。
Next, the substrate having the chemisorption monomolecular film 1 was immersed in 100 ° C. for 5 hours in polyethylene glycol monomethyl ether having an average molecular weight of 350 (abbreviation: PEO350) to which a very small amount of sulfuric acid was added. Then 1
Unreacted PEO350 was removed by washing with water for 0 minutes. By this treatment, a chemisorption monomolecular cumulative film 2 having a poly (alkylene ether) group as shown in FIG. 2 was formed. In FIG. 2, n indicates the degree of polymerization.

【0038】なお、この化学吸着単分子累積膜2の形成
は、FTIRスペクトル測定により、2920、286
0(帰属:−CH2 −)cm-1のシグナルが増加し、ま
た新たに1140(帰属:C−O−C)cm-1にこの構
造に特徴的なシグナルを得たことで確認できた。
The formation of the chemisorption monomolecular cumulative film 2 was 2920, 286 by FTIR spectrum measurement.
It was confirmed that the signal at 0 (attribution: —CH 2 —) cm −1 increased, and a signal characteristic of this structure was newly obtained at 1140 (attribute: C—O—C) cm −1 . .

【0039】この化学吸着単分子累積膜2を有する基板
をLiClO4 の1wt.%アセトン溶液に数分間浸し
た後、溶液から引き上げ、乾燥させた。この処理によ
り、LiClO4 が化学吸着単分子累積膜2中に、Li
/エチレンオキシド繰り返し単位=0.1の割合で導入
された。
[0039] 1wt of LiClO 4 the substrate having the chemisorption monomolecular film 2. % Acetone solution for several minutes, then pulled out of the solution and dried. By this treatment, LiClO 4 was added to the chemisorption monomolecular cumulative film 2 to form Li
/ Ethylene oxide repeating unit = 0.1 was introduced.

【0040】なお、このLiClO4 の導入は、FTI
Rスペクトル測定により、新たに1150(帰属:Cl
−O)cm-1にこの構造に特徴的なシグナルを得たこと
で確認できた。
The introduction of LiClO 4 was carried out by FTI.
1150 (attribution: Cl
It was confirmed that a signal characteristic of this structure was obtained at -O) cm -1 .

【0041】このLiClO4 を導入した化学吸着単分
子累積膜2を有する基板に10-5Torrの真空下で1mm
×1mmのアルミニウム上部電極を蒸着した。この上部
電極と基板のアルミニウムにリード線を取り付け、LC
Rメータで等価並列容量及び等価並列抵抗を測定した。
その結果、1MHzにおける容量は1.8×10-8F、
抵抗値は20Ωであった。エリプソメトリーより求めた
化学吸着単分子累積膜2の膜厚が2×10-9mであるの
で、抵抗値20Ωは1×10-6Scm-1に相当する。
On the substrate having the chemically adsorbed monomolecular cumulative film 2 into which LiClO 4 was introduced, 1 mm was obtained under a vacuum of 10 −5 Torr.
A x 1 mm aluminum top electrode was deposited. Attach a lead wire to this upper electrode and aluminum of the substrate, and
Equivalent parallel capacitance and equivalent parallel resistance were measured with an R meter.
As a result, the capacity at 1 MHz is 1.8 × 10 −8 F,
The resistance value was 20Ω. Since the film thickness of the chemisorption monomolecular cumulative film 2 obtained by ellipsometry is 2 × 10 −9 m, the resistance value of 20Ω corresponds to 1 × 10 −6 Scm −1 .

【0042】(実施例2)実施例1と同様にして、吸着
溶液Aおよび基板を用意し、続いて化学吸着単分子膜1
を形成した。
Example 2 In the same manner as in Example 1, the adsorption solution A and the substrate were prepared, and then the chemisorption monomolecular film 1 was prepared.
Was formed.

【0043】なお、この化学吸着単分子膜1の形成は、
やはりFTIRスペクトル測定によりこの構造に特徴的
なシグナルを得たことで確認できた。次に、この化学吸
着単分子膜1を有する基板を平均分子量750のポリエ
チレングリコールモノメチルエーテル(略:PEO75
0)にごく少量の硫酸を加えたものに、100℃で5時
間浸漬させた。続いて10分間の水洗を行ない、未反応
のPEO750を除去した。この処理により、図3に示
すようなポリ(アルキレンエーテル)基を有する化学吸
着単分子累積膜3が形成された。図3においてmは重合
度を示す。
The formation of the chemisorption monolayer 1 is as follows.
It was also confirmed that the signal characteristic of this structure was obtained by FTIR spectrum measurement. Next, the substrate having the chemisorption monolayer 1 was treated with polyethylene glycol monomethyl ether (abbreviation: PEO75) having an average molecular weight of 750.
It was immersed for 5 hours at 100 ° C. in 0) to which a very small amount of sulfuric acid was added. Subsequently, washing with water was performed for 10 minutes to remove unreacted PEO750. By this treatment, a chemisorption monomolecular cumulative film 3 having a poly (alkylene ether) group as shown in FIG. 3 was formed. In FIG. 3, m indicates the degree of polymerization.

【0044】なお、この化学吸着単分子累積膜3の形成
は、FTIRスペクトル測定により、2920、286
0(帰属:−CH2 −)cm-1のシグナルが増加し、ま
た新たに1140(帰属:C−O−C)cm-1にこの構
造に特徴的なシグナルを得たことで確認できた。
The formation of this chemisorption monomolecular cumulative film 3 was 2920, 286 by FTIR spectrum measurement.
It was confirmed that the signal at 0 (attribution: —CH 2 —) cm −1 increased, and a signal characteristic of this structure was newly obtained at 1140 (attribute: C—O—C) cm −1 . .

【0045】この化学吸着単分子累積膜3を有する基板
をLiClO4 の1wt.%アセトン溶液に数分間浸し
た後、溶液から引き上げ、乾燥させた。この処理によ
り、LiClO4 が化学吸着単分子累積膜3中に、Li
/エチレンオキシド繰り返し単位=0.1の割合で導入
された。
[0045] 1wt of LiClO 4 the substrate having the chemisorption monomolecular film 3. % Acetone solution for several minutes, then pulled out of the solution and dried. By this treatment, LiClO 4 was added to the chemisorption monomolecular cumulative film 3 to form Li
/ Ethylene oxide repeating unit = 0.1 was introduced.

【0046】なお、このLiClO4 の導入は、FTI
Rスペクトル測定により、新たに1150(帰属:Cl
−O)cm-1にこの構造に特徴的なシグナルを得たこと
で確認できた。
The introduction of LiClO 4 was carried out by FTI.
1150 (attribution: Cl
It was confirmed that a signal characteristic of this structure was obtained at -O) cm -1 .

【0047】このLiClO4 を導入した化学吸着単分
子累積膜3を有する基板に10-5Torrの真空下で1
mm×1mmのアルミニウム上部電極を蒸着した。この
上部電極と基板のアルミニウムにリード線を取り付け、
LCRメータで等価並列容量及び等価並列抵抗を測定し
た。その結果、1MHzにおける容量は2.2×10 -8
F、抵抗値は24Ωであった。エリプソメトリーより求
めた化学吸着単分子累積膜3の膜厚が3.2×10-9
であるので、抵抗値24Ωは7.5×10-7Scm-1
相当する。
This LiClOFourAdsorbed chemisorption
10 on the substrate having the child accumulation film 3-Five1 under vacuum at Torr
A mm x 1 mm aluminum top electrode was deposited. this
Attach the lead wire to the upper electrode and aluminum of the substrate,
Measure the equivalent parallel capacitance and equivalent parallel resistance with the LCR meter.
It was As a result, the capacity at 1 MHz is 2.2 x 10 -8
F, the resistance value was 24Ω. Requested by ellipsometry
The total thickness of the chemisorption monomolecular cumulative film 3 is 3.2 × 10.-9m
Therefore, the resistance value of 24Ω is 7.5 × 10.-7Scm-1To
Equivalent to.

【0048】(実施例3)まず実施例2と同様にして、
化学吸着単分子累積膜3を形成した。なお、この化学吸
着単分子累積膜3の形成は、やはりFTIRスペクトル
測定によりこの構造に特徴的なシグナルを得たことで確
認できた。
(Embodiment 3) First, in the same manner as in Embodiment 2,
A chemisorption monomolecular cumulative film 3 was formed. The formation of the chemisorption monomolecular cumulative film 3 could be confirmed by obtaining a signal characteristic of this structure by FTIR spectrum measurement.

【0049】この化学吸着単分子累積膜3を有する基板
をCF3 SO3 Liの1wt.%アセトン溶液に数分間
浸した後、溶液から引き上げ、乾燥させた。この処理に
より、CF3 SO3 Liが化学吸着単分子累積膜3中
に、Li/エチレンオキシド繰り返し単位=0.2の割
合で導入された。
The substrate having the chemisorption monomolecular cumulative film 3 was made of CF 3 SO 3 Li of 1 wt. % Acetone solution for several minutes, then pulled out of the solution and dried. By this treatment, CF 3 SO 3 Li was introduced into the chemisorption monomolecular cumulative film 3 at a ratio of Li / ethylene oxide repeating unit = 0.2.

【0050】なお、このCF3 SO3 Liの導入は、F
TIRスペクトル測定により、新たに1350(帰属:
O=S=O)、1320(帰属:CF3 )cm-1にこの
構造に特徴的なシグナルを得たことで確認できた。
The introduction of CF 3 SO 3 Li is F
A new 1350 (attribution:
It was confirmed that a signal characteristic of this structure was obtained at O = S = O) and 1320 (attribution: CF 3 ) cm −1 .

【0051】このCF3 SO3 Liを導入した化学吸着
単分子累積膜3を有する基板に10 -5Torrの真空下
で1mm×1mmのアルミニウム上部電極を蒸着した。
この上部電極と基板のアルミニウムにリード線を取り付
け、LCRメータで等価並列容量及び等価並列抵抗を測
定した。その結果、1MHzにおける容量は2.6×1
-8F、抵抗値は29Ωであった。エリプソメトリーよ
り求めた化学吸着単分子累積膜3の膜厚が3.2×10
-9mであるので、抵抗値29Ωは9.1×10 -7Scm
-1に相当する。
This CF3SO3Chemisorption with introduction of Li
10 on the substrate having the monomolecular cumulative film 3 -FiveUnder vacuum of Torr
Then, a 1 mm × 1 mm aluminum upper electrode was vapor-deposited.
Attach the lead wire to this upper electrode and aluminum of the substrate
Measure the equivalent parallel capacitance and equivalent parallel resistance with the LCR meter.
Decided As a result, the capacity at 1 MHz is 2.6 x 1
0-8F, the resistance value was 29Ω. Ellipsometry
The film thickness of the chemisorption monomolecular cumulative film 3 obtained was 3.2 × 10
-9Therefore, the resistance value of 29Ω is 9.1 × 10. -7Scm
-1Equivalent to.

【0052】なお、上述した実施例1から3と同様の条
件において、請求項1に挙げたイオンや官能基、結合お
よび請求項2に挙げた官能基を用いて、同様のイオン伝
導性薄膜を製造できた。
Under the same conditions as in Examples 1 to 3 described above, a similar ion conductive thin film was formed by using the ions, the functional groups and the bonds listed in claim 1 and the functional groups listed in claim 2. I was able to manufacture.

【0053】以上説明した通り、本発明のイオン伝導性
膜は実用に供するに充分なイオン伝導性を有しており、
そのため本発明のイオン伝導性薄膜の実用性は極めて高
い。例えば、超小型軽量の一次電池、二次電池、電解コ
ンデンサ、センサ、エレクトロクロミック表示素子等に
利用できる。
As explained above, the ion conductive membrane of the present invention has sufficient ion conductivity for practical use,
Therefore, the practicability of the ion conductive thin film of the present invention is extremely high. For example, it can be used for ultra-compact and lightweight primary batteries, secondary batteries, electrolytic capacitors, sensors, electrochromic display elements and the like.

【0054】一方本発明の薄膜は、原理的に活性な水
素、アルカリ金属及び/またはアルカリ土類金属がその
基体の表面にありさえすれば形成できるので、従来イオ
ン伝導性が望まれていたにも関わらず、化学的に、また
諸々の事情によってそれが困難であった用途へも本発明
のイオン伝導性薄膜は使用できる。特に例えば、小型
化、軽量化等を目指した用途に十分利用可能である。
On the other hand, the thin film of the present invention can be formed as long as hydrogen, an alkali metal and / or an alkaline earth metal which are active in principle are present on the surface of the substrate. Nevertheless, the ion-conducting thin film of the present invention can be used in applications where it is difficult to do so chemically or under various circumstances. In particular, it can be sufficiently used for applications aiming at downsizing and weight reduction, for example.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、エ
ーテル結合、スルフィド結合、エステル結合、アミノ
基、リン酸基、水酸基、メルカプト基、カルボキシル
基、スルホン酸基、第4級アンモニウム基、ホスフォニ
ル基(−PO2 −)、ホスフィニル基(−PO−)、ス
ルフォニル基(−SO2 −)、及びスルフィニル基(−
SO−)から選ばれる少なくとも1つの結合若しくは官
能基を含み、かつ一般式(化1)及び一般式(化2)か
ら選ばれる少なくとも一つのイオンを含み、かつイオン
伝導性を有する化学吸着膜としたことにより、オングス
トロームオーダーの厚さの成膜および膜厚制御が可能
で、そのため透明性が良好でかつピンホールフリー、し
かも強固に基体と結合しているイオン伝導性薄膜とする
ことができる。
As described above, according to the present invention, an ether bond, a sulfide bond, an ester bond, an amino group, a phosphoric acid group, a hydroxyl group, a mercapto group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a quaternary ammonium group, phosphonyl group (-PO 2 -), a phosphinyl group (-PO-), a sulfonyl group (-SO 2 -), and a sulfinyl group (-
A chemical adsorption film containing at least one bond or functional group selected from SO-), containing at least one ion selected from the general formula (Formula 1) and the general formula (Formula 2), and having ion conductivity. By doing so, it is possible to form a film having a thickness on the order of angstroms and control the film thickness, and therefore, it is possible to obtain an ion conductive thin film that has good transparency, is pinhole-free, and is firmly bonded to the substrate.

【0056】また本発明の第1〜3番目の製造方法によ
れば、オングストロームオーダーの成膜および膜厚制御
が可能で、ピンホールフリー、かつ強固に基体と結合し
ているイオン伝導性薄膜を効率良く合理的に製造するこ
とが可能となる。
Further, according to the first to third production methods of the present invention, it is possible to form an angstrom-order film and control the film thickness, and to obtain a pinhole-free and ion-conductive thin film that is firmly bonded to the substrate. It becomes possible to manufacture efficiently and rationally.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施例1の化学吸着単分子膜の要部
拡大図
FIG. 1 is an enlarged view of a main part of a chemisorption monolayer according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施例1の化学吸着単分子累積膜の
要部拡大図
FIG. 2 is an enlarged view of a main part of the chemisorption monomolecular cumulative film of Example 1 of the present invention.

【図3】 本発明の実施例2〜3の化学吸着単分子累積
膜の要部拡大図
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of a chemisorption monomolecular cumulative film of Examples 2 to 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 化学吸着単分子膜 2 ポリ(アルキレンエーテル)基を有する化学吸着単
分子累積膜 3 ポリ(アルキレンエーテル)基を有する化学吸着単
分子累積膜
1 Chemisorption monomolecular film 2 Chemisorption monomolecular cumulative film having poly (alkylene ether) group 3 Chemisorption monomolecular cumulative film having poly (alkylene ether) group

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 一文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazufumi Ogawa 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体表面と共有結合によって形成されて
いる化学吸着膜であって、エーテル結合、スルフィド結
合、エステル結合、アミノ基、リン酸基、水酸基、メル
カプト基、カルボキシル基、スルホン酸基、第4級アン
モニウム基、ホスフォニル基(−PO2 −)、ホスフィ
ニル基(−PO−)、スルフォニル基(−SO2 −)、
及びスルフィニル基(−SO−)から選ばれる少なくと
も1つの結合若しくは官能基を含み、かつ一般式(化
1)及び一般式(化2)から選ばれる少なくとも一つの
イオンを含み、かつイオン伝導性を有することを特徴と
するイオン伝導性薄膜。 【化1】 【化2】
1. A chemisorption film formed by a covalent bond with a substrate surface, which comprises an ether bond, a sulfide bond, an ester bond, an amino group, a phosphoric acid group, a hydroxyl group, a mercapto group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, quaternary ammonium group, phosphonyl group (-PO 2 -), a phosphinyl group (-PO-), a sulfonyl group (-SO 2 -),
And at least one bond or functional group selected from a sulfinyl group (-SO-), and at least one ion selected from the general formula (Formula 1) and the general formula (Formula 2), and having ion conductivity. An ion-conducting thin film having. [Chemical 1] [Chemical 2]
【請求項2】 化学吸着膜が、単分子膜である請求項1
に記載のイオン伝導性薄膜。
2. The chemisorption film is a monomolecular film.
The ion-conducting thin film according to 1.
【請求項3】 化学吸着膜が、単分子累積膜である請求
項1に記載のイオン伝導性薄膜。
3. The ion conductive thin film according to claim 1, wherein the chemisorption film is a monomolecular cumulative film.
【請求項4】 表面に活性な水素若しくはアルカリ金属
を有するかまたは付与した基体表面に、一般式(化3)
で示される官能基、一般式(化4)で示される官能基、
一般式(化5)で示されるハロゲン化スルフォニル基、
及び一般式(化6)で示されるハロゲン化スルフィニル
基から選ばれる少なくとも1つの官能基を含む化学吸着
分子を接触させ、縮合反応させることにより、前記化学
吸着分子を前記基体上に共有結合させて化学吸着膜を形
成し、次いでエーテル結合、スルフィド結合、エステル
結合、アミノ基、リン酸基、水酸基、メルカプト基、カ
ルボキシル基、スルホン酸基、第4級アンモニウム基、
ホスフォニル基(−PO2−)、ホスフィニル基(−P
O−)、スルフォニル基(−SO2 −)、及びスルフィ
ニル基(−SO−)から選ばれる少なくとも1つの結合
若しくは官能基を含む分子を前記化学吸着膜に導入し固
定させ、次いで一般式(化7)及び一般式(化8)から
選ばれる少なくとも一つのイオンを前記化学吸着膜中に
導入することを特徴とするイオン伝導性薄膜の製造方
法。 【化3】 【化4】 【化5】 【化6】 【化7】 【化8】
4. The surface of a substrate having or imparting active hydrogen or an alkali metal to the surface thereof has the general formula (Chemical Formula 3)
And a functional group represented by the general formula (Formula 4),
A halogenated sulfonyl group represented by the general formula (Formula 5),
And a chemisorption molecule containing at least one functional group selected from the halogenated sulfinyl groups represented by the general formula (Chemical Formula 6) is brought into contact to cause a condensation reaction to covalently bond the chemisorption molecule onto the substrate. After forming a chemisorption film, then ether bond, sulfide bond, ester bond, amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group,
Phosphonyl group (-PO 2 -), a phosphinyl group (-P
O-), sulfonyl groups (-SO 2 -), and a molecule containing at least one bond or functional group selected from sulfinyl group (-SO-) is introduced and fixed in the chemically adsorbed film, then the general formula (Formula 7) and at least one ion selected from the general formula (Formula 8) is introduced into the chemisorption film. [Chemical 3] [Chemical 4] [Chemical 5] [Chemical 6] [Chemical 7] [Chemical 8]
【請求項5】 表面に活性な水素若しくはアルカリ金属
を有するかまたは付与した基体表面に、一般式(化9)
で示される官能基、一般式(化10)で示される官能
基、一般式(化11)で示されるハロゲン化スルフォニ
ル基、一般式(化12)で示されるハロゲン化スルフィ
ニル基、水酸基から選ばれる少なくとも1つの官能基、
及びエーテル結合、スルフィド結合、エステル結合、ア
ミノ基、リン酸基、水酸基、メルカプト基、カルボキシ
ル基、スルホン酸基、第4級アンモニウム基、ホスフォ
ニル基(−PO2 −)、ホスフィニル基(−PO−)、
スルフォニル基(−SO2 −)、スルフィニル基(−S
O−)から選ばれる少なくとも1つの結合若しくは官能
基を含む化学吸着分子を、前記基体に接触させ、縮合反
応させることにより、前記化学吸着分子を前記基体上に
共有結合し固定させ、次いで一般式(化13)若しくは
一般式(化14)で示されるイオンを前記化学吸着膜中
に導入することを特徴とするイオン伝導性薄膜の製造方
法。 【化9】 【化10】 【化11】 【化12】 【化13】 【化14】
5. The surface of a substrate having or imparting active hydrogen or an alkali metal to the surface has the general formula:
Selected from a functional group represented by the formula, a functional group represented by the general formula (Formula 10), a halogenated sulfonyl group represented by the general formula (Formula 11), a halogenated sulfinyl group represented by the general formula (Formula 12), and a hydroxyl group. At least one functional group,
And ether bond, sulfide bond, ester bond, amino group, phosphoric acid group, hydroxyl group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group, quaternary ammonium group, phosphonyl group (—PO 2 —), phosphinyl group (—PO— ),
Sulfonyl group (-SO 2 -), a sulfinyl group (-S
A chemisorption molecule having at least one bond or a functional group selected from O-) is brought into contact with the substrate to cause a condensation reaction to covalently bond and immobilize the chemisorption molecule on the substrate, and then the general formula A method for producing an ion conductive thin film, which comprises introducing the ions represented by (Chemical Formula 13) or the general formula (Chemical Formula 14) into the chemical adsorption film. [Chemical 9] [Chemical 10] [Chemical 11] [Chemical 12] [Chemical 13] [Chemical 14]
【請求項6】 表面に活性な水素若しくはアルカリ金属
を有するかまたは付与した基体表面に、一般式(化1
5)で示される官能基、一般式(化16)で示される官
能基、一般式(化17)で示されるハロゲン化スルフォ
ニル基、一般式(化18)で示されるハロゲン化スルフ
ィニル基及び水酸基から選ばれる少なくとも1つの官能
基を含む化学吸着分子を接触させ、縮合反応させること
により、前記分子を前記基体上に固定させ化学吸着膜を
形成し、次いで前記化学吸着膜にエーテル結合、スルフ
ィド結合、エステル結合、アミノ基、リン酸基、水酸
基、メルカプト基、カルボキシル基、スルホン酸基、第
4級アンモニウム基、ホスフォニル基(−PO2 −)、
ホスフィニル基(−PO−)、スルフォニル基(−SO
2 −)、及びスルフィニル基(−SO−)から選ばれる
少なくとも1つの結合若しくは官能基を導入するかまた
は生成させ、次いで一般式(化19)及び一般式(化2
0)から選ばれるイオンを前記化学吸着膜中に導入する
ことを特徴とするイオン伝導性薄膜の製造方法。 【化15】 【化16】 【化17】 【化18】 【化19】 【化20】
6. Surface-active hydrogen or alkali metal
On the surface of the substrate having or imparting
5) Functional group represented by the general formula (Chemical Formula 16)
Noh group, halogenated sulfo represented by the general formula (Chem. 17)
Nyl group, halogenated sulfol represented by the general formula (Formula 18)
At least one functional group selected from an inynyl group and a hydroxyl group
Contacting a chemisorption molecule containing a group to cause a condensation reaction
To fix the molecule on the substrate to form a chemisorption film.
Formed on the chemisorptive film, and then the ether bond
Bond, ester bond, amino group, phosphate group, hydroxyl group
Group, mercapto group, carboxyl group, sulfonic acid group,
Quaternary ammonium group, phosphonyl group (-PO2-),
Phosphinyl group (-PO-), sulfonyl group (-SO
2-), And a sulfinyl group (-SO-)
Introducing at least one bond or functional group, or
Is generated, and then the general formula (formula 19) and the general formula (formula 2)
Ions selected from 0) are introduced into the chemisorption film.
A method for producing an ion conductive thin film, comprising: [Chemical 15][Chemical 16][Chemical 17][Chemical 18][Chemical 19][Chemical 20]
【請求項7】 化学吸着膜中にイオンを導入する方法
が、一般式(化21)または一般式(化22)で示され
るイオンを含む溶液に浸漬することにより行なう請求項
4、5または6に記載のイオン伝導性薄膜の製造方法。 【化21】 【化22】
7. The method for introducing ions into the chemisorption film is carried out by immersing in a solution containing the ions represented by the general formula (Formula 21) or (Formula 22). The method for producing the ion-conductive thin film according to 1. [Chemical 21] [Chemical formula 22]
【請求項8】 化学吸着膜中にイオンを導入する方法
が、一般式(化23)若しくは一般式(化24)で示さ
れるイオンをイオン注入法により行なう請求項4、5ま
たは6に記載のイオン伝導性薄膜の製造方法。 【化23】 【化24】
8. The method for introducing ions into the chemisorption film according to claim 4, 5 or 6, wherein the ions represented by the general formula (Chemical formula 23) or the general formula (Chemical formula 24) are ion-implanted. Method for producing ion conductive thin film. [Chemical formula 23] [Chemical formula 24]
【請求項9】 化学吸着膜が、単分子膜である請求項4
から8の何れかに記載のイオン伝導性薄膜の製造方法。
9. The chemical adsorption film is a monomolecular film.
9. The method for producing an ion conductive thin film according to any one of 8 to 8.
【請求項10】 化学吸着膜が、単分子累積膜である請
求項4から8の何れかに記載のイオン伝導性薄膜の製造
方法。
10. The method for producing an ion conductive thin film according to claim 4, wherein the chemisorption film is a monomolecular cumulative film.
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